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诺贝尔奖高考知识点:引力波

2017-10-11 10:45|编辑: 谢老师|阅读: 232

摘要

2017年度诺贝尔物理学奖授予美国麻省理工学院教授雷纳·韦斯、加州理工学院教授基普·索恩和巴里·巴里什,以表彰以表彰他们在LIGO探测器和引力波观测方面的决定性贡献。那么到底什么是引力波?有哪些知识考点呢?

北京时间10月3日17时45分许,瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布将2017年度诺贝尔物理学奖授予美国麻省理工学院教授雷纳·韦斯(Rainer Weiss)、加州理工学院教授基普·索恩(Kip Stephen Thorne)和巴里·巴里什(Barry Clark Barish),以表彰以表彰他们在LIGO探测器和引力波观测方面的决定性贡献。

在获得本年度的诺贝尔奖前,引力波项目已经斩获了诸多世界大奖,包括由科学突破奖、邵逸夫奖等。

那么到底什么是引力波?有哪些知识考点呢?我们一起来看一下!

2016年发现引力波曾引发轰动

两颗黑洞相互盘旋发出引力波示意图

2016年2月11日23点30分,美国国家科学基金会(NSF)召集了来自加州理工学院、麻省理工学院以及LIGO科学合作组织的科学家在华盛顿特区国家媒体中心宣布:人类首次直接探测到了引力波!这则消息曾引发科学界的轰动!

那次探测到的引力波是由13亿光年之外的两颗黑洞在合并的最后阶段产生的。两颗黑洞的初始质量分别为29颗太阳和36颗太阳,合并成了一颗62倍太阳质量高速旋转的黑洞,亏损的质量以强大引力波的形式释放到宇宙空间,经过13亿年的漫长旅行,终于抵达了地球,被美国的“激光干涉引力波天文台”(LIGO)的两台孪生引力波探测器探测到。

实际上,科学家目前已经四次捕捉到引力波。刚刚过去的2017年9月27日,美国和欧洲两个引力波项目组在意大利都灵召开新闻发布会称,两个项目组的3台干涉仪首次共同探测到了“时空涟漪”,不仅再次验证了广义相对论,还更准确地定位了产生引力波的黑洞位置。

什么是引力波?

那么,什么是引力波?在物理学上,引力波是爱因斯坦广义相对论所预言的一种以光速传播的时空波动,如同石头丢进水里产生的波纹一样,引力波被视为宇宙中的“时空涟漪”。通常引力波的产生非常困难,地球围绕太阳以每秒30千米的速度前进,发出的引力波功率仅为200瓦,还不如家用电饭煲功率大。宇宙中大质量天体的加速、碰撞和合并等事件才可以形成强大的引力波,但能产生这种较强引力波的波源距离地球都十分遥远,传播到地球时变得非常微弱。

根据广义相对论,该双星系统会以引力波的形式损失能量,轨道周期每年缩短76.5微秒

1974年物理学家约瑟夫·泰勒(Joseph Hooton Taylor, Jr)和拉塞尔·赫尔斯(Russell Alan Hulse)发现了一颗编号为PSR B1913+16的脉冲星,他们发现该脉冲星处于双星系统中,其伴星也是一颗中子星。根据广义相对论,该双星系统会以引力波的形式损失能量,轨道周期每年缩短76.5微秒,轨道半长轴每年减少3.5米,预计大约经过3亿年后发生合并。

自1974年,泰勒和赫尔斯和对这个双星系统的轨道进行了长时间的观测,观测值和广义相对论预言的数值符合得非常好,这间接证明了引力波的存在。泰勒和赫尔斯也因这项工作于1993年荣获诺贝尔物理学奖。

引力波探测的意义?

引力波天文学将是继传统电磁波天文学、宇宙线天文学和中微子天文学之后,人类认识宇宙的全新窗口,必将引发一场天文学的革命。

引力波探测除了能够检验广义相对论之外,还有助于证明其它版本的引力理论正确与否,还将推动引力量子化的研究,最终把引力融入其它三种基本相互作用,完成爱因斯坦的伟大梦想。

引力波像其它的波一样,携带着能量和信息。电磁波(宇宙背景微波辐射)只能让我们看到大爆炸38万年之后的景象,而引力波能够让我们回望宇宙大爆炸最初瞬间,检验宇宙大爆炸理论的正确与否。

下面来看看科普中国和镝次元数据传媒实验室联合制作的可视化图表《被刷屏?一张图带你读懂引力波》

声明:本文来源于中国青年报、新华社、科普中国、中国新闻网等媒体,由北京高考在线团队(微信公众号ID:bj-gaokao)整合整理编辑,如有侵权,请及时联系管理员删除。

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